WO2012034889A1 - Elektronikbauteil mit verbesserter leitungsstruktur - Google Patents

Elektronikbauteil mit verbesserter leitungsstruktur Download PDF

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Ruben Wahl
Andreas Kugler
Metin Koyuncu
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Robert Bosch Gmbh
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Definitions

  • the present invention relates to an electronic component having an improved line structure and a method for manufacturing the electronic component.
  • Electronic components are nowadays galvanically, e.g. manufactured as printed circuit boards or MID's (Molded Interconnected Devices).
  • MID's Molded Interconnected Devices
  • the electronic component according to the invention with the features of claim 1 has the advantage that it is possible, a conductive
  • the conductive ink can be applied to any carrier material on which the conductive ink, for example, also poorly adheres.
  • according to the invention can be dispensed with adhesive additives in the conductive ink.
  • intersections in a line level can be produced.
  • the conductive line structure is covered by means of an insulating layer. The insulating layer is applied to the line structure and can optimally protect the line structure.
  • height jumps of the line structures for example on chip surfaces, can also be protected. Also, several can
  • Conduit layers are realized on top of each other by first a first
  • Conductor is applied, then a first insulating layer is applied over the first conductive path and then a second
  • the insulating layer preferably has a greater width than that
  • the insulating layer can assume an adhesion function for the line structure, so that in extreme cases the line structure generated by means of the conductive ink can have very poor or no adhesion properties on the carrier material and the mechanical adhesion is then taken over by the insulating layer.
  • the carrier material is a flexible material.
  • adhesion of the conductive ink on the support material in the prior art can not be realized, since in the deformation of the flexible
  • the flexible carrier material is preferably a textile material or a foil material or a flexible ceramic, glass or plastic substrate.
  • the conductive line structure preferably has a thickness of less than or equal to 100 ⁇ m.
  • a width of the line structure is preferably greater than or equal to 10 ⁇ .
  • the insulating layer partially penetrates into the conductive
  • Management structure As a result, a particularly good anchoring of the insulating layer on the line structure is achieved. This can be achieved, for example, by surface treatment of the conductive structure prior to application of the insulating layer, e.g. by sintering by means of a laser.
  • a thickness of the insulating layer is preferably smaller than a thickness of the conductive line structure.
  • the method of manufacturing an electronic component according to the invention comprises the steps of providing a non-conductive substrate, applying a conductive conductive ink conductive pattern to the substrate, and depositing an insulating layer thereon
  • the ink is preferably applied by means of a spraying process.
  • the insulating layer is applied by means of a spraying process.
  • the insulating layer can be applied only on the surface of the line structure or, preferably, be applied over the line structure with a greater width than the line structure in order additionally to have adhesion between the insulating layer and the carrier material.
  • a further sintering of the conductive line structures can be carried out in order to obtain a better anchoring of the insulating layer on the surface of the line structure.
  • the sintering can be carried out for example by means of a laser.
  • the present invention is preferably used in the vehicle field in flexible circuits, for example in flexible covering of convertibles, or the integration of electronic components in textiles.
  • Figure 4 is a schematic sectional view through the inventive
  • the electronic component 1 comprises a non-conductive carrier material 2, which is preferably a flexible carrier material.
  • a conductive line structure 3 of conductive ink is applied (see Figure 2).
  • the conductive ink can be sprayed by means of a spray process.
  • the sprayed-on ink thus forms an electrically conductive conductor track on the carrier material 2.
  • the line structure 3 has a width B1.
  • an insulating layer preferably of a polymeric material, is applied. This can also be done by means of a
  • the insulating layer 4 is applied over the conductive line structure 3. In this case, the insulating layer 4 completely covers the conductive line structure 3. Furthermore, the insulating layer 4 has a first projection 5 and a second projection 6 over the width B1 of the line structure 3. Thus, the insulating layer 4 has a width B2 (see Figures 3 and 4) which is greater than a width B1 of the line structure third
  • a width U1 of the first projection 5 is the same size as a width U2 of the second projection 6. This is achieved by a symmetrical application of the insulating layer to the line structure 3 executed. In particular, if adhesion of the conductive line structure 3 to the carrier material 2 should not be optimal, the line structure can still be firmly fixed by means of the insulating layer 4 the carrier material 2 in their
  • the material of the insulating layer 4 is preferably chosen such that, in addition to the insulating property, it also has a very good adhesion property on the carrier material 2.
  • the line structure 3 has a thickness D1 which is greater than a thickness D2 of the on the line structure
  • the thickness of the insulating layer 4 must be carried out on the line structure 3 only such that a
  • the line structure 3 is sintered in the application of the isolated layer by means of a laser, after sufficient drying of the sprayed-on line structure 3 is present.
  • the conductive line structure 3 assumes the electrically conductive function, and the insulating layer 4 takes over in addition to the
  • Isolation function also a fixation function of the line structure 3.
  • the line structure 3 can also have a reduced width B1.
  • the printed circuit traces produced in this way may then optionally be replaced by electronic components, e.g.
  • Microchips, etc. are contacted in a known manner. Also, the invention enables the use of conductive ink without adhesion additives. The inventive method thus enables a spraying of
  • Conductor of conductive ink which can be realized very inexpensively.
  • the tracks can also be flexible
  • Carrier materials are applied.
  • a two-stage process is provided, in which first the conductive ink is applied and subsequently the insulating layer 4 is applied via the conductive line structure. Since the insulating layer 4 can also be sprayed on, a production process is very simple and quick to carry out.
  • the electrically conductive line structure is made of a resin-free, conductive ink.
  • This ink preferably contains only electrically conductive particles, e.g. Silver, and a solvent which evaporates after application to the substrate. Due to the resin freedom, the adhesion properties of such inks on the

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Elektronikbauteil, umfassend ein Trägermaterial (2), wobei das Trägermaterial (2) elektrisch nicht-leitende Eigenschaften aufweist, eine elektrisch leitfähige Leitungsstruktur (3), welche auf das Trägermaterial (2) aufgebracht ist, wobei die Leitungsstruktur (3) aus leitfähiger Tinte hergestellt ist, und eine isolierende Schicht (4), welche auf die Leitungsstruktur (3) aufgebracht ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Elektronikbauteils.

Description

Beschreibung Titel
Elektronikbauteil mit verbesserter Leitunqsstruktur
Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Elektronikbauteil mit einer verbesserten Leitungsstruktur sowie ein Verfahren zur Herstellung des Elektronikbauteils.
Elektronikbauteile werden heutzutage galvanisch, z.B. als Leiterplatten oder MID's (Moulded Interconnected Devices) hergestellt. Hierbei werden Aufbauten mit mehreren Schichten und gegebenenfalls Durchkontaktierungen zur
Entflechtung der Leiterbahnen eingesetzt. Weiterhin ist es bekannt, leitfähige Tinten zu verwenden. Hierbei hat sich herausgestellt, dass die leitfähige Tinte mit einer gewissen Dicke aufgebracht werden muss, um eine Haftung der leitfähigen Tinte auf einem Trägermaterial nach dem Trocknen zu erreichen.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Elektronikbauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass es möglich ist, eine leitfähige
Leitungsstruktur mittels einer elektrisch leitfähigen Tinte bereitzustellen, welches sowohl eine elektrische Leitung ermöglicht, als auch eine ausreichende Haftung auf einem Trägermaterial aufweist. Dadurch kann eine weitere Miniaturisierung von Leitungsstrukturen für Elektronikbauteile erreicht werden. Ein weiterer großer Vorteil des erfindungsgemäßen Elektronikbauteils liegt darin, dass die leitfähige Tinte auf einem beliebigen Trägermaterial, auf welchem die leitfähige Tinte z.B. auch schlecht haftet, aufgebracht werden kann. Auch kann erfindungsgemäß auf haftende Zusätze in der leitfähigen Tinte verzichtet werden. Ferner ist es erfindungsgemäß möglich, dass auch Kreuzungen in einer Leitungsebene herstellbar sind. Dies wird erfindungsgemäß dadurch möglich, dass die leitfähige Leitungsstruktur mittels einer isolierenden Schicht abgedeckt ist. Die isolierende Schicht wird auf die Leitungsstruktur aufgebracht und kann die Leitungsstruktur optimal schützen. Ferner können auch Höhensprünge der Leitungsstrukturen, z.B. auf Chipoberflächen, geschützt werden. Auch können mehrere
Leitungslagen übereinander realisiert werden, indem zuerst eine erste
Leitungsbahn aufgebracht wird, dann eine erste isolierende Schicht über die erste Leitungsbahn aufgebracht wird und anschließend eine zweite
Leitungsbahn, welche die erste Leitungsbahn kreuzt oder über dieser liegt, aufgebracht wird und anschließend eine weitere zweite isolierende Schicht aufgebracht wird. Dabei kann das erfindungsgemäße Elektronikbauteil insgesamt sehr kostengünstig hergestellt werden, da die elektrisch leitfähigen Tinten und auch die isolierende Schicht aufgespritzt werden kann. Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Um einen besonders guten Schutz der leitfähigen Leitungsstruktur zu erhalten, weist die isolierende Schicht vorzugsweise eine größere Breite als die
Leitungsstruktur auf. Hierdurch werden auch Seitenbereiche der Leitungsstruktur von der isolierenden Schicht vollständig überdeckt. Besonders bevorzugt ist dabei ein Überstand der isolierenden Schicht über die Leitungsstruktur zu beiden Seiten der Leitungsstruktur gleich breit. Hierbei kann die isolierende Schicht eine Haftungsfunktion für die Leitungsstruktur übernehmen, so dass im Extremfall die mittels der leitfähigen Tinte erzeugte Leitungsstruktur sehr schlechte oder keine Haftungseigenschaften auf dem Trägermaterial aufweisen kann und die mechanische Haftung dann von der isolierenden Schicht übernommen wird.
Besonders bevorzugt ist das Trägermaterial ein flexibles Material. Bei derartigen flexiblen Materialien ist eine Haftung der leitfähigen Tinte auf dem Trägermaterial im Stand der Technik nicht zu realisieren, da beim Verformen des flexiblen
Materials die aufgebrachte leitfähige Tinte abblättert. Erfindungsgemäß kann jedoch durch die Haftungsfunktion der isolierenden Schicht die mechanische Haftung in die isolierende Schicht übertragen werden, so dass auch bei flexiblen Materialien die Verwendung von Leitungsstrukturen aus leitfähigen Tinten möglich ist. Das flexible Trägermaterial ist vorzugsweise ein textiles Material oder ein Folienmaterial oder ein flexibles Keramik-, Glas- oder Kunststoff-Substrat. Um eine Miniaturisierung des Elektronikbauteils zu ermöglichen, weist die leitfähige Leitungsstruktur vorzugsweise eine Dicke von kleiner oder gleich 100 μιη auf. Eine Breite der Leitungsstruktur ist vorzugsweise größer oder gleich 10 μιη.
Weiter bevorzugt dringt die isolierende Schicht teilweise in die leitfähige
Leitungsstruktur ein. Hierdurch wird eine besonders gute Verankerung der isolierenden Schicht auf der Leitungsstruktur erreicht. Dies kann beispielsweise durch eine Oberflächenbehandlung der Leitungsstruktur vor dem Aufbringen der isolierenden Schicht, z.B. durch Ansintern mittels eines Lasers, erreicht werden.
Für einen möglichst kompakten Aufbau ist vorzugsweise eine Dicke der isolierenden Schicht kleiner als eine Dicke der leitfähigen Leitungsstruktur.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Elektronikbauteils umfasst die Schritte des Bereitstellens eines nicht-leitenden Trägermaterials, des Aufbringens einer leitfähigen Leitungsstruktur aus einer leitfähigen Tinte auf das Trägermaterial und des Aufbringens einer isolierenden Schicht auf die
Leitungsstruktur. Die Tinte wird vorzugsweise mittels eines Sprüh-Verfahrens aufgebracht. Vorzugsweise wird auch die isolierende Schicht mittels eines Sprüh- Verfahrens aufgebracht. Die isolierende Schicht kann dabei lediglich auf der Oberfläche der Leitungsstruktur aufgebracht werden oder bevorzugt mit einer größeren Breite als die Leitungsstruktur über die Leitungsstruktur aufgebracht werden, um zusätzlich noch eine Haftung zwischen der isolierenden Schicht und dem Trägermaterial aufzuweisen. Weiterhin kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vor dem Aufbringen der isolierenden Schicht noch ein Ansintern der leitenden Leitungsstrukturen ausgeführt werden, um eine bessere Verankerung der isolierenden Schicht auf der Oberfläche der Leitungsstruktur zu erhalten. Das Ansintern kann beispielsweise mittels eines Lasers ausgeführt werden.
Die vorliegende Erfindung wird vorzugsweise im Fahrzeugbereich bei flexiblen Schaltungen, beispielsweise bei flexiblen Verdecken von Cabrios, oder der Integration von Elektronikbauteilen in Textilien, verwendet.
Zeichnung Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
Figur 1 bis 3 Darstellungen, welche die Herstellung des erfindungsgemäßen
Elektronikbauteils zeigen, und
Figur 4 eine schematische Schnittansicht durch das erfindungsgemäße
Elektronikbauteil.
Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 4 ein Elektronikbauteil 1 gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben.
Wie aus Figur 3 ersichtlich ist, umfasst das Elektronikbauteil 1 ein nicht- leitendes Trägermaterial 2, welches vorzugsweise ein flexibles Trägermaterial ist. Auf dem Trägermaterial 2 ist eine leitfähige Leitungsstruktur 3 aus leitfähiger Tinte aufgebracht (siehe Figur 2). Die leitfähige Tinte kann dabei mittels eines Sprüh- Verfahrens aufgespritzt werden. Die aufgespritzte Tinte bildet somit eine elektrisch leitfähige Leiterbahn auf dem Trägermaterial 2. Die Leitungsstruktur 3 weist dabei eine Breite B1 auf.
In einem nächsten Schritt wird eine isolierende Schicht, vorzugsweise aus einem Polymermaterial, aufgebracht. Dies kann ebenfalls mittels eines
Aufspritzverfahrens erfolgen. Die isolierende Schicht 4 wird über die leitfähige Leitungsstruktur 3 aufgebracht. Dabei überdeckt die isolierende Schicht 4 die leitfähige Leitungsstruktur 3 vollständig. Ferner weist die isolierende Schicht 4 einen ersten Überstand 5 und einen zweiten Überstand 6 über die Breite B1 der Leitungsstruktur 3 auf. Somit weist die isolierende Schicht 4 eine Breite B2 auf (vgl. Figur 3 und 4), welche größer ist als eine Breite B1 der Leitungsstruktur 3.
Wie aus Figur 4 ersichtlich ist, ist eine Breite U1 des ersten Überstands 5 gleich groß wie eine Breite U2 des zweiten Überstands 6. Dies wird durch ein symmetrisches Aufbringen der isolierenden Schicht auf die Leitungsstruktur 3 ausgeführt. Dabei übernimmt die isolierende Schicht 4 insbesondere eine Haftungsfunktion auf dem Trägermaterial 2 und hält dadurch auch die leitfähige Leitungsstruktur 3. Selbst wenn eine Haftung der leitfähigen Leitungsstruktur 3 auf dem Trägermaterial 2 nicht optimal sein sollte, kann die Leitungsstruktur trotzdem mittels der isolierenden Schicht 4 fest auf dem Trägermaterial 2 in ihrer
Position gehalten werden. Das Material der isolierenden Schicht 4 wird dabei vorzugsweise derart gewählt, dass es neben der isolierenden Eigenschaft auch eine sehr gute Haftungseigenschaft auf dem Trägermaterial 2 aufweist. Wie weiter aus Figur 4 ersichtlich ist, weist die Leitungsstruktur 3 eine Dicke D1 auf, welche größer ist als eine Dicke D2 der auf der Leitungsstruktur
aufgebrachten isolierenden Schicht 4. Die Dicke der isolierenden Schicht 4 muss dabei auf der Leitungsstruktur 3 nur derart ausgeführt sein, dass eine
ausreichende Isolierung der Leitungsstruktur 3 sichergestellt wird.
Für eine bessere Haftung der isolierenden Schicht 4 auf der Oberfläche der Leitungsstruktur 3 wird die Leitungsstruktur 3 bei dem Aufbringen der isolierten Schicht mittels eines Lasers angesintert, nachdem eine ausreichende Trocknung der aufgespritzten Leitungsstruktur 3 vorliegt.
Somit übernimmt erfindungsgemäß die leitfähige Leitungsstruktur 3 die elektrisch leitfähige Funktion und die isolierende Schicht 4 übernimmt neben der
Isolationsfunktion auch noch eine Fixierungsfunktion der Leitungsstruktur 3. Dadurch kann die Leitungsstruktur 3 eine sehr geringe Dicke D1 von kleiner oder gleich 100 μιη aufweisen. Ferner kann die Leitungsstruktur 3 auch eine reduzierte Breite B1 aufweisen. Somit ist durch die vorliegende Erfindung eine weitere Miniaturisierung der Leitungsstrukturen auf Elektronikbauteilen möglich. Ferner können erfindungsgemäß auch einfach Kreuzungen von Leitungsbahnen bzw. Übereinanderanordnung von Leitungsbahnen ausgeführt werden, ohne dass hierbei eine zu große Dicke der Leitungsbahnen, ausgehend von einer
Oberfläche des Trägermaterials 2 aufgebaut wird. An die derart erzeugten Leiterbahnen können dann gegebenenfalls elektronische Bauteile, z.B.
Mikrochips usw., in bekannter Weise ankontaktiert werden. Auch ermöglicht die Erfindung die Verwendung von leitfähiger Tinte ohne Haftungszusätze. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht somit ein Aufsprühen von
Leiterbahnen aus leitfähiger Tinte, was sehr kostengünstig realisiert werden kann. Darüber hinaus können die Leiterbahnen auch auf flexible
Trägermaterialien aufgebracht werden. Dabei ist erfindungsgemäß ein zweistufiges Verfahren vorgesehen, bei dem zuerst die leitfähige Tinte aufgebracht wird und anschließend die isolierende Schicht 4 über die leitfähige Leitungsstruktur aufgebracht wird. Da die isolierende Schicht 4 dabei ebenfalls aufgespritzt werden kann, ist ein Herstellungsprozess sehr einfach und schnell durchführbar.
Besonders bevorzugt ist die elektrisch leitfähige Leitungsstruktur aus einer harzfreien, leitfähigen Tinte hergestellt. Diese Tinte enthält vorzugsweise ausschließlich elektrisch leitfähige Partikel, z.B. Silber, und ein Lösungsmittel, welches nach dem Auftragen auf das Trägermaterial verdampft. Aufgrund der Harzfreiheit sind die Haftungseigenschaften derartiger Tinten auf dem
Trägermaterial, insbesondere auf flexiblem Trägermaterial, unzureichend, so dass erfindungsgemäß mittels der isolierenden Schicht die Haftung der Tinte auf dem Trägermaterial sichergestellt werden kann.

Claims

Ansprüche
1 . Elektronikbauteil, umfassend:
ein Trägermaterial (2), wobei das Trägermaterial (2) elektrisch nichtleitende Eigenschaften aufweist,
eine elektrisch leitfähige Leitungsstruktur (3), welche auf das Trägermaterial (2) aufgebracht ist, wobei die Leitungsstruktur (3) aus elektrisch leitfähiger Tinte hergestellt ist, und
eine isolierende Schicht (4), welche auf die Leitungsstruktur (3) aufgebracht ist.
2. Elektronikbauteil nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Breite (B2) der isolierenden Schicht (4) größer ist als die Breite (B1 ) der Leitungsstruktur (3).
3. Elektronikbauteil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Überstand (5, 6) der isolierenden Schicht (4) über die Leitungsstruktur (3) zu beiden Seiten der Leitungsstruktur (3) eine gleiche Breite (U1 , U2) aufweist.
4. Elektronikbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial (2) ein flexibles Material, insbesondere ein Textilmaterial oder ein Folienmaterial oder ein flexibles Substrat ist.
5. Elektronikbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungsstruktur (3) eine Dicke (D1 ) von kleiner oder gleich 100 μιη aufweist.
Elektronikbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungsstruktur (3) schlecht oder gar nicht auf dem Trägermaterial (2) haftet.
Elektronikbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die isolierende Schicht (4) in eine Oberfläche der Leitungsstruktur (3) teilweise eindringt.
Elektronikbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dicke (D2) der isolierenden Schicht (4) kleiner ist als eine Dicke (D1 ) der Leitungsstruktur (3).
9. Verfahren zur Herstellung eines Elektronikbauteil (1 ), umfassend die
Schritte:
Bereitstellen eines Trägermaterials (2) aus einem nicht-leitenden Material,
Aufbringen einer elektrisch leitfähigen Leitungsstruktur (3) aus elektrisch leitfähiger Tinte auf das Trägermaterial (2), und Aufbringen einer isolierenden Schicht (4) auf die Leitungsstruktur (3).
10. Verfahren nach Anspruch 9, ferner umfassend den Schritt des Ansinterns der Oberfläche der Leitungsstruktur (3) vor dem Aufbringen der isolierenden Schicht.
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